过热器壁温超温原因分析及防范措施.pdf

J 电 力 安 全 技 术 第1 6 卷( 2 0 1 4 年 第 5 期 ) 过热器壁温超温原因分析及防范措施 丁佳成 ( 神华国华徐 州发 电有限公司，江苏 徐 州2 2 1 1 6 6 ) 摘要介 绍了某 电厂一起超超临界锅炉过热器壁温超温事故，叙述 了事故过程 中出现的 7 次超温情况，分析 了过热器壁温超温的原因，总结 出水煤比失调及低 负荷燃烧调整不 当是引起过热 器壁温超温的主要原因，并针对这 2个原因提 出了防范措施。 关键词过热器；壁温；超温 ；水煤比；调整 1 设备概况 某 电厂 l 0 0 0 MW 机组锅炉 是 3 0 9 9 t h超 超 临界参数变压运行的螺旋管圈直流炉，单炉膛塔式 布置、一次中间再热、四角切 圆燃烧 、平衡通风、 固态排渣 、全钢悬吊构造 、露天布置。该炉采用 中 速磨煤机正压直吹式制粉系统 ，配置 6台中速磨煤 机 ( 5台运行 ，1 台备用 ) 。 煤粉燃烧器按高度方向分 3 组 ，最上面 l 组燃 烧器是分 离燃尽风 ( S O F A) ，分 6层风室 ；下面 2 组是煤粉燃烧器 ，每组风箱有 6层煤粉喷嘴，对应 3台磨煤机。煤粉燃烧器采用典型的 L N T F S ( 直流 式四周布置) 方式，在煤粉喷嘴四周布置有燃料风 ( 周界风 ) ，每台磨对应的相邻 2层煤粉喷嘴之间布 置有 1 层燃油辅助风喷嘴，每台磨对应相邻 2 层煤 粉喷嘴的上方布置 了 1 个组合喷嘴。在主风箱上部 设有 2层紧凑燃尽 风 ( C C 0 F A) ，将部分二次风送 入炉膛。设计的一 次风率 为 1 6 6，二 次风率为 8 0 1 ( 其 中S OF A风为 2 3，CC O F A风为 4， 周界风为 1 6 6 ) 。锅炉水冷壁为气密式鳍片管 ， 由螺旋管水冷壁和垂直管水冷壁 2部分组成 ，在炉 膛燃烧区域采用螺旋管水冷壁，用以减少炉管热偏 差 ；在烟道 区域采用垂直管水冷壁，用 以简化炉体 结构。 锅炉上部沿着烟气流动方向依次布置有一级过 热器 、三级过热器 、二级再热器、二级过热器、一 级再热器、省煤器。锅炉过热蒸汽温度设计值为 6 0 5，由于投产初期未进行燃烧调整优化及控制 系统优化， 运行人员对超超临界机组运行操作不熟 一 一 悉 ，导致三级过热器部分出口管壁温存在超温现象 ( 限值为 6 3 1) ；而实际运行中控制的过热蒸汽温 度约为 5 9 2，远低于设计值 ，对机组的安全性、 经济性影响较大 。 2 过热器壁温超温事故经过 查 阅过热器壁温超限期间的负荷 、壁温和排烟 温度的变化曲线，发现过热器壁温超温期 间机组负 荷较低 ( 5 0 07 0 0 MW) ；正常情 况下过热器壁温 不应超温 ；但在约 2 5 h时间内，排烟温度持续上 升 ，过热器壁温出现明显的 7 个尖波，其 中尤其以 第 3次超温持续的时间最长 ( 4 0 mi n ) ，直到第 4个 尖波一直处于超温状态。 过热器壁温超温前工况为 ：AGC ( 自动发 电控 制系统 ) 投入 ，负荷 由9 0 0 Mw 降至 7 0 0 MW 的过 程 中，l ，2 ，3 ，5号制粉系统运行 ；6号磨停用前 吹扫过程 中给煤机停运，4号磨煤机检修结束，未 恢复。 7次过热器壁温超温 隋况如下。 ( 1 )l 1 ： 5 0 ，l 号给煤 机断煤 ，经疏 通无效 后 启动备用的 6号给煤机。期 间 AGC投入 ，负荷 由 6 5 0 MW 升至 6 7 0 MW ，煤量 由 2 6 2 t h最高升至 2 9 9 t h后 降至 2 4 4t h，水煤 比由正常 时的 7 2 9 最低降至 6 0 8 。由于协调控制系统的超调作用与 制粉系统停运抽粉 的因素叠加 ，造成第 1 个超温 尖波出现。虽然采取加大减温水量的方法 ( 流量由 7 9 t h升至 1 7 7 t h) ， 但是过热器壁温仍不断升高 ， 由 6 1 0升至 6 3 0。期间排烟温度由 1 2 2升至 第 1 6 卷 ( 2 0 1 4 年第 5 期 ) 电 力 安 全 技 术 1 2 6 。 ( 2 )解 除 AGC以稳 定 负荷 ，待壁 温 下 降后 ( 最低至 6 1 8) ，再 次投入 A G C ，负荷 随即由 6 5 0MW 升至 6 9 0 MW ，煤 量 由 2 6 6t h最高升至 3 1 6t h后 降至 2 6 1 t h 。在这 期 间 1 号 磨煤机保 持通风 ，风量约为 1 4 0t h，2 ，3 ，5 ，6号制粉系 统为运行状态。为稳定燃烧 ，启动 4号制粉系统， 停运 6号制粉系统。上层制粉系统运行 及底层 磨 通风使得 炉膛火焰 中心抬高 ，由于协 调控制系统 的超调作用引起温度升高，启、停制粉系统加剧 了超温，3重因素共 同作用使过热器壁温最高升至 6 3 4，水煤 比最低降至 6 L 6 ，排烟温度由 1 2 6 升至 1 3 3。 ( 3 )l 2 ： 3 0 ，2 号磨煤机因热风调节门卡涩造成 出口温度高而跳 闸，1 号磨 因失去点火 能量跳 闸， 机组燃料 R B( 快速减负荷 ) 动作 ； 启动 6号给煤机 ， 过热器壁温逐渐升至 6 3 8。为了降低该壁温，采 用 降负荷 ( 由 6 5 0 MW 逐 渐 降至 5 5 0 MW) 、调整 二次风 ( 开大 S O F A二次风 ，减少最下层二次风 ) 、 降低上层磨煤机 出力等方法进行调整 ，但整个过程 中 2台跳 闸的磨煤机始终保持通风 ，导致过热器壁 温居高不下 ，排烟温度 由 1 3 3升至 l 3 8。 ( 4 )l 3 ： l 4 ， 停运 6号磨煤机、 启动 2号磨煤机 ， 以降低火焰中心高度 ，进而降低主汽温及过热器壁 温。但 2号磨跳磨时残余煤粉及 6号磨停磨抽粉的 共同作 用使壁温持续升高。1 3 ： 1 8 ，过热器壁温最 高升至 6 4 5，排烟温度 由 1 3 8升至 1 4 4。 ( 5 )l 3 ： 2 l 一1 3 ： 2 4 ，机组负荷 由 5 5 0 MW 升至 5 9 0 MW ，给煤量 由 2 2 8 t h最 高升 至 2 7 6 t h后 降至 2 4 1 t h，水煤 比最低至 6 1 6 ，过热器壁温最 高至 6 4 0，排烟温度由 1 4 4升至 1 4 8。 ( 6 )1 3 ： 4 8 ，2 号磨煤机因热风调节门卡涩造成 2号磨 出口温度高跳闸 ，底层大量一次冷风使得火 焰 中心升高，又由于停磨抽粉的作用 ，二者互相影 响导致过热器壁温最高升至 6 3 9。 ( 7 )l 4 ： 0 5 ，在过热器壁温仍超温 的情况 下启 动 2号磨煤机 ，大量残余煤粉进入炉膛使该壁温最 高升至 6 3 8。 3 过热器壁温超温原因分析 通过上述对锅炉过热器壁温严重超温事件的分 J 析可知 ，其影响因素主要包括 以下 3点 ： ( 1 )制粉系统异常，给煤机断煤、热风门卡涩 引起磨煤机跳闸； ( 2 )燃烧调整不当，导致机组严重偏离正常运 行工况 ，主要体现在对磨煤机一次风停运控制上； ( 3 )协调控 制系统性能差 ，超调严重 ，造成水 煤 比失调 。 其 中，制粉系统异常属于不可控因素，可通过 设备治理来降低其发生的可能性。因此 ，下面主要 对后 2 个 因素进行分析。 表 1 为此次锅炉过热器壁温严重超温过程的相 关数据。为减少数据波动对分析的影响， 取每 0 5 h 的平均值分析壁温变化趋 势。其 中第 1 ，2项为壁 温超温发生前数据，第 37 项为壁温超温过程 中 数据，第 81 0 项为壁温超温后期恢复正常运行 数据。根据这些数据分 别做 出壁温 一风量变化趋 势曲线 ( 见 图 1 ) 和壁温 一水煤比变化趋 势曲线 ( 见 图 2 ) ，并分析如下。 表 1 过热器壁温超温过程相关数据 序 号嚣 壁 oC温 总 t 风 h 量 一 次t 风h 量 一 次 嚣 比 率水 煤 比 M W l 7 5 2 6 1 1 6 6 24 5 5 6 3 2 ， 2 5 。 7 4 7 2 4 2 6 4 6 6 0 9 O 4 2 2 8 9 6 4 5 2 8 1 8 6 9 6 3 6 6 9 6 2 5 8 9 2 2 7 2 7 5 2 3 3 1 0 6 6 8 4 6 2 4 6 2 9 5 2 l 5 4 7 9 3 3 6 8 2 6 6 6 5 5 6 3 6 3 4 7 8 2 0 5 1 7 7 4 3 7 7 4 6 4 6 6 5 6 4 6 2 8 0 5 2 01 5 6 8 1 3 3 8 O 6 5 7 7 5 l 3 6 2 7 4 6 l 9 0 5 6 7 8 3 5 5 9 6 6 9 8 5 2 0 6 1 7 3 I 1 9 5 8 6 6 9 3 4 1 7 6 3 4 9 5 8 9 5 9 7 6 5 2 0 5 5 6 1 5 2 9 9 3 6 8 2 1 0 6 8 2 5 9 5 9 2 2 4 7 6 7 1 2 9 8 6 6 6 7 ( 1 )燃烧调整 不当导致制粉系统偏离正常运 行工况，这对过热器超温影响巨大，尤其在低负荷 情况下更是如此。如图 1 所示，整个超温过程负荷 相对较低且呈下降趋势，总风量下降，一次风量上 升，导致过热器壁温居高不下。同时由表 l 数据可 知，一次风比率偏高 ，尤其在超温阶段 ，均保持在 3 0 以上 ，远大于设计的一次风 比率。此次锅炉 过热器严重超温的一个根本原因是没有及时关闭停 运的磨煤机的冷风门，以致大量的冷风从底部进入 炉膛 ；因总风量一定，二次风相对减少 ，在抬高火 焰中心的同时， 使燃烧推迟 ， 对流受热面吸热增加 ， 一 9一 J 电 力 安 全 技 术 第 1 6 卷( 2 0 1 4 年 第5 期) 因而导致主汽温、过热器壁温、排烟温度升高 。 ( 2 )由图 2可知 ，水煤 比失调对壁温影响明显 ， 在 同样负荷及燃烧条件下，水煤比降低 ，单位介质 的吸热量增加，水冷壁出口蒸汽温度升高 ；但炉膛 部分总吸热量减少 ，炉膛 出口温度升高 ，对流受热 面吸热增加 ， 过热蒸汽温度升高 ， 过热器壁温升高 ， 排烟温度升高。图中 78期间水煤 比降低，壁温 也降低，其原因是底层磨煤机启动，虽然水煤比降 低 ，但风量变化不大 ，炉膛火焰 中心下降 ，锅炉燃 烧回复正常工况， 所以壁温会持续下降， 趋于正常。 一 _ 、 、 、 一 一 一一_ 、 - 、 、 I一 - l 2 3 4 5 6 7 8 9 l 0 + 壁温 一 总风量 + 一次风量 * 一次风比例 负荷 图 1 壁温 一风量变化趋势曲线 、 、 、一 、 ，r 、 ，_ 、 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 + 壁温 + 水煤比 图 2 壁温 一水煤比变化趋势曲线 4 防止过热器壁温超温的措施 为防止锅炉过热器壁温超温， 应注意 以下 3点。 ( 1 )保持正常燃烧工况 ，磨煤机及风门挡板与 负荷相 适应。对 于 l 0 0 0 MW 机 组，一 般在 负荷 低于 7 5 0 MW 时保持 4台磨煤机运行。负荷低于 5 5 0 MW 时保持 3台磨煤机运行 ，严禁停运磨煤机 长期通风，否则会引起排烟温度升高。 ( 2 )保持合适的水煤 比。注意隐性的水煤 比失 调 ，包括停磨时抽粉及跳闸磨的投运 ，这些均会在 在短期内造成实际进人炉膛的煤量增加 ，从而引起 汽温 、壁温波动。 ( 3 )运行人员养成 良好的操作习惯。投停制粉 系统是最平常也是最容易忽视的引起超温的操作， 在高负荷工况下尤其要注意。 如投下层磨停上层磨， 从长期来看是降低火焰中心，有利于减少超温现象 发生，但在汽温、壁温已经到最高限值工况时要慎 重 ，需待温度下降一定裕度后再进行操作。 参考文献： l王洪涛，王信强过热器超温问题的研究 【 J 】 华北电力 技术 ，2 0 0 7 ( 1 1 ) 2 李长锁锅炉运行调整如何加强对过热器的保护 f J J 电 力安全技术，2 0 1 2 ( 4 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 4 一 O 1 1 5 。 作者简介 ： 丁佳 成 ( 1 9 7 4 一) ，男 ，工程 师 ，主要 从 事 发 电厂 运 行 工作 e ma H：2 4 4 9 2 0 g h e p c c o m。 2 0 1 4年 3月份全国电力安全生产情况 2 0 1 4年 3月份 ，全国没有发生较大以上电力人身伤亡事故，没有发生 电力安全事故，没有发 生较大以上电力设备事故，没有发生电力系统